DE112005002891T5

DE112005002891T5 - Keilrippenriemen und Antriebsriemenantriebssystem für Kraftfahrzeugnebenaggregate unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE112005002891T5
Application number: DE112005002891T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kobe Nakamura; Hiroyuki Kobe Shiriike
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-10-04
Also published as: US20090048048A1; WO2006057129A1; JP2006144988A; CN101076679A

Abstract

Keilrippenriemen mit mehreren jeweils so ausgebildeten Keilrippen, dass sie sich in einer Längsrichtung des Riemens erstrecken, wobei die mehreren Keilrippen nebeneinander in einer Breitenrichtung des Riemens an der Innenfläche des Riemens angeordnet sind, der Keilrippenriemen um eine Riemenscheibe gewickelt ist, um die mehreren Keilrippen zur Kraftübertragung in Berührung mit der Riemenscheibe zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Keilrippen aus einer Kautschukzusammensetzung bestehen, in der 5 bis 50 Masseteile thermoplastischen Harzes mit einem Schmelzpunkt von 110°C oder höher mit 100 Masseteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk, der Rohkautschuk ist, gemischt sind.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft einen Keilrippenriemen, bei dem mehrere Keilrippen, die sich jeweils in einer Längsrichtung des Riemens erstrecken, nebeneinander in Breitenrichtung des Riemens auf der Innenfläche des Riemens angeordnet sind, und der um eine Riemenscheibe gewunden ist, um die mehreren Keilrippen zur Kraftübertragung in Berührung mit der Riemenscheibe zu bringen, sowie ein Antriebsriemenantriebssystem für Kraftfahrzeugnebenaggregate unter Verwendung desselben.
Stand der Technik
Keilrippenriemen werden verbreitet als Reibantriebsriemen zum Antreiben von Kraftfahrzeugnebenaggregaten verwendet.
Kraftfahrzeugmotoren verursachen in einem regelmäßigen Zyklus eine explosionsartige Verbrennung. Dies hat eine geringfügige Wirkung auf die Winkelgeschwindigkeit einer zugehörigen Kurbelwelle und verursacht daher eine Schwankung der Motordrehgeschwindigkeit. Bei Auftreten einer solchen Umdrehungsschwankung kann ein um eine zugehörige Kurbelwellenriemenscheibe gewickelter Keilrippenriemen der Umdrehungsschwankung nicht folgen und verursacht ein Ruckgleiten an der Riemenscheibe. Wenn der Keilrippenriemen ein Ruckgleiten an der Riemenscheibe verursacht, wird ein Ruckgleitgeräusch als anomales Geräusch erzeugt. Um die Erzeugung eines solchen Ruckgleitgeräusches zu verhindern, werden Keilrippenriemen daher im Allgemeinen so ausgelegt, dass kurze Fasern in eine Kautschukriemenunterbauschicht gemischt werden, die die Innenumfangsseite des Riemens bildet, so dass sie entlang der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet sind und die kurzen Fasern von den Riemenoberflächen herausragen, um den Reibungskoeffizienten an den Riemenoberflächen zu vermindern. Weiterhin werden auch verschiedene andere Techniken zum Mindern von Geräuschbildung während des Laufs eines Keilrippenriemens vorgeschlagen.
Die Patentschrift 1 offenbart zum Beispiel einen Keilrippenriemen, dessen Kautschukriemenunterbauschicht mit gegenüberliegenden Reibantriebsflächen versehen ist und in dem hauptsächlich leicht zu fibrillierende Aramid-Kurzfasern und schwer zu fibrillierende Aramid-Kurzfasern in einem distalen Bestandteil der Kautschukriemenunterbauschicht hin zum distalen Ende derselben bzw. in einem basalen Bestandteil, der der verbleibende Teil der Kautschukriemenunterbauschicht ist, eingebettet sind, während deren Ausrichtung in der Riemenbreitenrichtung beibehalten wird. Die Schrift beschreibt, dass, da zum Zweck des Vorsehens von Abriebbeständigkeit und seitlicher Druckbeständigkeit in die Kautschukriemenunterbauschicht gemischte Aramid-Kurzfasern auf halber Strecke durch die Kautschukriemenunterbauschicht eine Materialänderung erfahren, dies bei dem Kraftübertragungsriemen mit den V-förmigen Kautschukriemenunterbauschichtteilen die Erzeugung von Reibgeräuschen während des Laufs eines Riemens dieser Art, der um eine Riemenscheibe gewickelt ist, verhindert, während die Abriebbeständigkeit und die seitliche Druckbeständigkeit der Kautschukriemenunterbauschicht sichergestellt werden.
Patentschrift 2 offenbart einen Keilrippenriemen, der eine Adhäsionskautschukschicht, in welcher ein Kord entlang einer Längsrichtung des Riemens eingebettet ist, sowie eine Kautschukriemenunterbauschicht mit mehreren sich entlang der Riemenlängsrichtung erstreckenden Rippen umfasst, in welcher ein distaler Teil jeder Rippe aus einer Kautschukzusammensetzung besteht, die durch Zugeben zu hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk, in dem 80% oder mehr der Doppelbindungen in Acrylnitrilbutadien-Kautschuk hydriert sind, von mikrofibrillenverstärktem Kautschuk, bei dem Kautschuk des gleichen Materials oder eines ähnlichen Materials wie der obige hydrierte Acrylnitrilbutadien-Kautschuk und Polyamidfasern von einem Durchmesser von 1,0 μm oder weniger pfropfpolymerisiert sind, und der verbleibende Teil jeder Rippe aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, die durch Enthalten von Kurzfasern mit einem größeren Durchmesser als Polyamidfasern in dem hydrierten Acrylnitrilbutadien-Kautschuk erhalten wird. Die Schrift beschreibt, dass, da der Keilrippenriemen von ausgezeichneter Rissbeständigkeit, Wärmebeständigkeit, seitlicher Druckbeständigkeit und Biegsamkeit ist, dies die Lebensdauer des Riemens erheblich verlängert und Geräuschbildung mindert.
Patentschrift 3 offenbart einen Keilrippenriemen, der eine Zugelementschicht, die so ausgebildet ist, dass ein Zugelement in einer Adhäsionskautschukschicht eingebettet ist, und eine unter der Zugelementschicht liegende Kautschukriemenunterbauschicht, die mehrere parallel so angeordnete Keilrippen, dass sie sich in der Riemenlängsrichtung erstrecken, umfasst, und wobei die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukverbindung gebildet ist, bei der 0,75 bis 1,50 Gewichtsteile Wachs mit einem Schmelzpunkt von 40 bis 80°C in 100 Gewichtsteilen Kautschuk, der hauptsächlich aus Chloroprenpolymer besteht, gemischt sind. Die Schrift beschreibt, dass gemäß dem Keilrippenriemen aufgrund der Verbesserung der Kautschukverbindung der die Keilrippen bildenden Kautschukriemenunterbauschicht dies die Geräuschbildung aufgrund von Haften, das sich aus übermäßiger Zugspannung in einer frühen Phase des Riemenlaufs ergibt, und Riemengleitgeräusche bei abruptem Lastanlegen bei verminderter Zugspannung im Verlauf der Riemenlaufzeit verhindert.
Es kann erwartet werden, dass die oben erwähnten vorbekannten Keilrippenriemen die Wirkung des Verhinderns der Bildung anomalen Geräusches erbringen, wenn sie brandneu und in ihren Anfangsnutzungsphase stehen. Nach einer Fahrzeuglaufleistung von 20.000 bis 40.000 km können die Keilrippenriemen die Wirkung nicht halten und führen zu dem Problem, dass ein Ruckgleitgeräusch erzeugt wird.
Bei dem in der Patentschrift 1 offenbarten Verfahren sind zum Beispiel die Oberflächen von Keilrippen eines brandneuen Keilrippenriemen, die als Berührungsflächen zu einer Riemenscheibe dienen, mit einer großen Anzahl kurzer Fasern bedeckt. Daher wirken die Kurzfasern wie eine Rolle, um den Oberflächen der Keilrippen einen niedrigen Reibungskoeffizienten zu verleihen, der das Auftreten von Ruckgleiten verhindert. Nachdem das Fahrzeug aber lange Zeit gelaufen ist, verschleißen die Kurzfasern an den Keilrippenoberflächen aufgrund von Reibung an der Riemenscheibe. Wenn der Anteil an Kautschukexposition an den Keilrippenobertlächen zunimmt, nimmt somit auch der Reibungskoeffizient der Keilrippenoberflächen zu, wodurch Ruckgleitgeräusch erzeugt wird.
Bei dem in Patentschrift 2 offenbarten Verfahren bietet der mikrofibrillenverstärkte Kautschuk sicher ausgezeichnete Kautschukrissbeständigkeit und Biegsamkeit. Nachdem das Fahrzeug lange gelaufen ist, nimmt aber auch in diesem Fall der Reibungskoeffizient der Keilrippenoberflächen zu, wenn der Anteil an Kautschukexposition an den Keilrippenoberflächen zunimmt. Dadurch wird Ruckgleitgeräusch erzeugt.
Bei dem in Patentschrift 3 offenbarten Verfahren verwendet der Keilrippenriemen eine Kautschukzusammensetzung, in die Wachs mit einem Schmelzpunkt von 40 bis 80°C gemischt ist. Daher weisen die Oberflächen von Keilrippen eines brandneuen Keilrippenriemens, die als Berührungsflächen zu einer Riemenscheibe dienen, aufgrund einer Schmierungswirkung der Kautschukzusammensetzung einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf, wodurch das Auftreten von Ruckgleiten verhindert wird. Nach langer Laufleistung des Fahrzeugs kann der Riemen aber eine Entwicklung aufweisen, in der die Riementemperatur auf bis zu 80 bis 110°C erhitzt wird. In einem solchen Fall könnte das Wachs weggeschmolzen werden und an den Keilrippenoberflächen nahezu verloren gehen, und der Reibungskoeffizient der Keilrippenobertlächen könnte zunehmen, wodurch Ruckgleitgeräusche erzeugt werden.
Insbesondere wenn die Antriebslast von Nebenaggregaten groß ist, beispielsweise wenn ein Scheinwerfer oder eine Klimaanlage eingeschaltet ist, und wenn die Umdrehungsschwankung groß ist, beispielsweise wenn der Motor bei weit offener Drossel (WOT) im D-Bereich beschleunigt wird, ist das Auftreten von Ruckgleitgeräuschen nach langem Laufen des Fahrzeugs, wie es oben beschrieben wurde, wahrscheinlicher, da die Veränderung der Zugspannung des Keilrippenriemens groß wird.
Weiterhin ist das bei Umdrehungsschwankung auftretende Ruckgleitgeräusch dadurch gekennzeichnet, dass es wahrscheinlicher auftritt, wenn die an dem Keilrippenriemen angelegte Zugspannung niedriger ist. Wenn die an dem Keilrippenriemen angelegte Zugspannung niedrig ist und die Antriebslast des Nebenaggregats groß ist, kann der Keilrippenriemen keine Kraft übertragen und verursacht einen Gleitschlupf. Ein Bereich, in dem der Keilrippenriemen von elastischem Schlupf, der zeigt, dass sich der Riemen in einem normalen Kraftübertragungsbereich befindet, zu einem Gleitschlupf übergeht, ist ein unsicherer Bereich, in dem der Keilrippenriemen entweder die Riemenscheibe greift, um Kraft zu übertragen, oder die Riemenscheibe nicht greifen kann und daran rutscht. Wenn daher in dem unsicheren Bereich eine Lastveränderung eintritt, rutscht der Keilrippenriemen dementsprechend bei hohen Lasten an der Riemenscheibe oder greift bei niedrigen Lasten die Riemenscheibe, wodurch sich Schlupf und Greifen in Zyklen der Umdrehungsschwankung abwechseln. Somit wird in Momenten des Rutschens in Abständen ein quietschendes Geräusch wiederholt, was unangenehme unregelmäßige „Quietsch"-Geräusche, nämlich Ruckgleitgeräusche, erzeugt. Insbesondere wenn die Art des Anbringens des Riemens an der Riemenscheibe mit festgelegter Zugspannung erfolgt, bei der eine Riemenscheibe durch Anlegen einer festgelegten Zugspannung an dem Keilrippenriemen befestigt wird, wird die Zugspannung im Laufe der Zeit aufgrund einer langen Laufleistung des Fahrzeugs allmählich verringert und daher ist das oben beschriebene Auftreten von Ruckgleitgeräusch wahrscheinlich.
Um dies zu verhindern, haben die Erfinder als Keilrippenriemen, der selbst nach langer Laufleistung des Fahrzeugs kein Ruckgleitgeräusch erzeugt, einen Keilrippenriemen entwickelt, der aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet ist, in der 25 Masseteile Nylonkurzfasern mit einem Faserdurchmesser von 28 μm mit Ethylenpropylendienmonomer-Kautschuk (EPDM), was ein Rohkautschuk ist, gemischt sind, und der Keilrippenriemen wurde in großen Mengen hergestellt. Da zu diesem Zeitpunkt der wie vorstehend spezifizierte Keilrippenriemen Nylonkurzfasern mit einem kleinen Reibungskoeffizienten und großem Durchmesser in einer Menge von bis zu 25 Masseteilen in 100 Masseteilen Rohkautschuk aufwies, konnte der Keilrippenreimen selbst nach langer Laufleistung des Fahrzeugs aufgrund eines großen Expositionsanteils der Kurzfasern an den Keilrippenobertlächen, die als Berührungsflächen zu einer Riemenscheibe dienen, einen kleinen Reibungskoeffizienten behalten und konnte dadurch die Erzeugung von Ruckgleitgeräusch verhindern. Marktprobleme aufgrund des Ruckgleitgeräusches nahmen sogar drastisch ab. Im Hinblick auf eine Minderung von Ruckgleitgeräusch meinte man, dass das Mischen einer größeren Menge an Nylonkurzfasern größeren Faserdurchmessers in Rohkautschuk bevorzugt sei. Da dies aber eine schlechtere Biegelastwechselfestigkeit ergibt, waren 25 Masseteile Nylonkurzfasern mit einem Faserdurchmesser von 28 μm die Grenze für das Mischen in 100 Masseteile Rohkautschuk.
Die Erfinder glaubten, dass das obige Verfahren das Problem der Erzeugung von Ruckgleitgeräusch löste. In den letzten Jahren hat das Problem aber eine neue Dimension angenommen.
Im Einzelnen hat die Notwendigkeit der Verbesserung von Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit die Direkteinspritztechnologie und Magermixtechnologie von Motoren vorangetrieben. Diese Technologien brachten beide eine erhebliche Zunahme der Schwankung der Motordrehgeschwindigkeit mit sich und verstärkten daher die Veränderung der an Keilrippenriemen angelegten Zugspannung, was eine Ursache für die Erzeugung von Ruckgleitgeräusch ist.
Zudem wurde auch die neue Tatsache aufgedeckt, dass die an Keilrippenriemen angelegte Zugspannung eine wesentliche Wirkung auf die Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit hat. Wenn im Einzelnen die an einem Keilrippenriemen angelegte Zugspannung zunimmt, wird die an dessen Nebenaggregat und an die Kurbelwelle angelegte axiale Last höher, was den Reibungsverlust verstärkte und wieder die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verschlechterte. Dies bedeutet, dass bei Senken der an dem Keilrippenriemen angelegten Zugspannung die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert werden kann. Herkömmlicherweise wird die an einem Keilrippenriemen angelegte Zugspannung bei 150 bis 200 N pro Keilrippe bei dessen Anbringen an Riemenscheiben festgelegt, so dass dessen stabile Zugspannung nach langer Laufleistung des Fahrzeugs 80 bis 120 N (100 N im Schnitt) pro Keilrippe erreicht. Es hat sich aber gezeigt, dass zum signifikanten Verbessern der Kraftstoffwirtschaftlichkeit die anfängliche Zugspannung beim Anbringen bei 80 bis 120 N pro Keilrippe festgelegt werden sollte, so dass die stabile Zugspannung im Schnitt 60 N (40 bis 80 N im Schnitt) pro Keilrippe erreichen könnte. Wie vorstehend beschrieben führen an einem Keilrippenriemen angelegte niedrige Zugspannungen zu schnellem Erzeugen von Ruckgleitgeräusch. Die im Schnitt 60 N pro Keilrippe erreichende stabile Zugspannung liegt sehr nahe an dem Bereich, in dem Keilrippenriemen gleitend rutschen.
Daher besteht neuer Bedarf an Keilrippenriemen, die nach langer Laufleistung eines Fahrzeugs kein Ruckgleiten erzeugen, selbst wenn sie bei Motoren mit sehr großen Umdrehungsschwankungen eingesetzt werden und die daran angelegte Zugspannung niedrig ist. Experimentell wurde ein Keilrippenriemen aus einer Kautschukzusammensetzung hergestellt, bei der 25 Masseteile von Nylonkurzfasern mit einem Faserdurchmesser von 28 μm mit 100 Masseteilen EPDM, das Rohkautschuk ist, gemischt wurden. Als der Keilrippenriemen durch Laufen über einen Zeitraum von 100 Stunden (was erwartungsgemäß einer Fahrzeuglaufleistung von 20.000 km entspricht) bewegt wurde, dann an einem Antriebsriemenantriebssystem für einen Motor mit einer großen Umdrehungsschwankung mit einer angelegten Zugspannung von 60 N pro Keilrippe angebracht und dann bewegt wurde, wurde Ruckgleitgeräusch festgestellt.
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf das Vorstehende und daher besteht ihre Aufgabe darin, einen Keilrippenriemen vorzusehen, der nach langer Fahrzeuglaufleistung die Erzeugung von Ruckgleitgeräusch verhindert, selbst wenn er in einem Kraftfahrzeugnebenaggregat-Antriebsriemenantriebssystem mit einer großen Motorumdrehungsschwankung verwendet wird und die an ihm angelegte Zugspannung niedrig ist, sowie ein Kraftfahrzeugnebenaggregat-Antriebsriemenantriebssystem an die Hand zu geben, das mit dem Keilrippenriemen ausgestattet ist.
Patentschrift 1: veröffentlichte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. H05-59012
Patentschrift 2: veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. H07-35201
Patentschrift 3: veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. H07-293641
Offenlegung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist zum Erreichen der obigen Aufgabe auf einen Keilrippenriemen gerichtet, der mehrere jeweils so ausgebildete Keilrippen umfasst, dass sie sich in einer Längsrichtung des Riemens erstrecken, wobei die mehreren Keilrippen nebeneinander in Breitenrichtung des Riemens an der Innenseite des Riemens angeordnet sind, wobei der Keilrippenriemen um eine Riemenscheibe gewunden ist, um die mehreren Keilrippen zur Kraftübertragung in Berührung mit der Riemenscheibe zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Keilrippen aus einer Kautschukzusammensetzung bestehen, in die 5 bis 50 Masseteile thermoplastischen Harzes mit einem Schmelzpunkt von 110°C oder höher mit 100 Masseteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk, der Rohkautschuk ist, gemischt sind.
Wenn die Keilrippen eines Keilrippenriemens aus einer Chloroprenkautschuk (CR) als Rohkautschuk enthaltenden Kautschukzusammensetzung bestehen, werden die Oberflächen der Keilrippen, die als Berührungsflächen mit einer Riemenscheibe dienen, durch Wärmeerzeugung aufgrund von Reibung gehärtet und zu Spiegelflächen verschlechtert und ihr Reibungskoeffizient steigt extrem an. Bei Änderung der Zugspannung aufgrund von Schwankung der Motordrehgeschwindigkeit greift daher der Riemen bei Verwendung eines Keilrippenriemens in einem Kraftfahrzeugnebenaggregat- Antriebsriemenantriebssystem die Riemenscheibe bis zu einem Grenzwert und rutscht dann plötzlich an der Riemenscheibe, was zu einfachem Erzeugen von Ruckgleitgeräusch führt. Gemäß der obigen Auslegung des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens haben dagegen die Keilrippen eine hohe Wärmebeständigkeit, da sie aus einer Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk als Rohkautschuk enthaltenden Kautschukzusammensetzung bestehen. Daher kann verhindert werden, dass die Oberflächen der Keilrippen aufgrund von Wärmeerzeugung bedingt durch Reibung gehärtet und zu Spiegelflächen verschlechtert werden, was das Erzeugen von Ruckgleitgeräusch erschwert. Der Begriff „Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk", wie er hierin verwendet wird, deckt zum Beispiel Ethylenproplyencopolymerkautschuk (EPM), Ethylenpropylendienmonomerterpolymerkautschuk (EPDM) und deren Mischungen ab.
Da thermoplastisches Harz in die die Keilrippenden bildende Kautschukzusammensetzung gemischt wird, hält das an den Oberflächen der als Berührungsflächen mit der Riemenscheibe dienenden Keilrippen freiliegende thermoplastische Harz den Reibungskoeffizienten niedrig, selbst bei Abrieb der Keilrippen. Bei Wechseln des Keilrippenriemens von einem Zustand des Greifens der Riemenscheibe zu einem Zustand des Rutschens an der Riemenscheibe bei einem kritischen Übergangspunkt von einem elastischen Rutschbereich zu einem Gleitrutschbereich verformt sich ferner das thermoplastische Harz in geeigneter Weise elastisch, um einen gleichmäßigen Zustandswechsel vorzusehen. Daher tritt ein Ruckgleitgeräusch weniger wahrscheinlich ein. Da weiterhin das thermoplastische Harz einen Schmelzpunkt von 110°C oder höher hat, schmilzt das thermoplastische Harz nie weg und seine Wirkungen können lange Zeit erhalten bleiben, selbst wenn die Riementemperatur 80 bis 100°C erreicht, zum Beispiel wenn der Keilrippenriemen in einem Kraftfahrzeugnebenaggegrat-Antriebsriemenantriebssystem verwendet wird.
Selbst wenn der Keilrippenriemen in einem Kraftfahrzeugnebenaggregat-Antriebsriemenantriebssystem mit einer großen Motorumdrehungsschwankung verwendet wird und die an ihm angelegte Zugspannung niedrig ist, kann daher nach der obigen Auslegung des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens das Erzeugen von Ruckgleitgeräusch nach langer Fahrzeuglaufleistung verhindert werden.
Der Grund, warum die Menge des mit Rohkautschuk gemischten thermoplastischen Harzes bei 5 bis 50 Masseteilen liegt, wobei beide Werte eingeschlossen sind, ist folgender. Wenn die Menge thermoplastischen Harzes kleiner als 5 Masseteile ist, können die obigen Wirkungen des thermoplastischen Harzes nicht ausreichend erhalten werden. Wenn dagegen die Menge des thermoplastischen Harzes bei über 50 Masseteilen liegt, sind in dem gesamten Riemen eine große Anzahl an Defekten enthalten, deren Kerne durch das thermoplastische Harz gebildet werden, was die Biegelastwechselfestigkeit verschlechtert.
Beispiele für ein thermoplastisches Harz mit einem Schmelzpunkt von 110°C oder höher umfassen Polyethylenharz mit einem Schmelzpunkt von 110 bis 140°C, Polypropylenharz mit einem Schmelzpunkt von 176°C, 6,6-Nylonharz mit einem Schmelzpunkt von 265°C, Polyethylenterephthalatharz mit einem Schmelzpunkt von 264°C und Ethylentetrafluoridharz mit einem Schmelzpunkt von 327°C.
Bei dem erfindungsgemäßen Keilrippenriemen kann das thermoplastische Harz eine thermische Verformungstemperatur von 80°C oder weniger haben.
Da das thermoplastische Harz eine thermische Verformungstemperatur von 80°C oder niedriger hat, was gleich oder niedriger als die Riementemperatur (80 bis 100°C) während Verwendung in einem Antriebsriemenantriebssystem für Kraftfahrzeugnebenaggregate ist, verformt sich bei der obigen Auslegung das gleichmäßig erweichte thermoplastische Harz elastisch, wenn der Keilrippenriemen einen Übergang von einem Zustand des Greifens der Riemenscheibe zu einem Zustand des Rutschens an der Riemenscheibe macht.
Die thermische Verformungstemperatur, wie sie hierin verwendet wird, ist ein Messwert unter einer in ASTM D-648 festgelegten Last von 18,6 kg/cm².
Beispiele eines thermoplastischen Harzes mit einer thermischen Verformungstemperatur von 80°C oder niedriger umfassen Polyethylenharz mit einer thermischen Verformungstemperatur von 32 bis 52°C, Polypropylenharz mit einer thermischen Verformungstemperatur von 60 bis 70°C und 6,6-Nylonharz mit einer thermischen Verformungstemperatur von 60 bis 65°C.
Bei dem erfindungsgemäßen Keilrippenriemen ist das bevorzugteste thermoplastische Harz Polyethylenharz.
Da bei der obigen Auslegung das Polyethylenharz einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine thermische Verformungstemperatur von 32 bis 52°C hat, verformt es sich bei Verwendung in einem Antriebsriemenantriebssystem für Kraftfahrzeugnebenaggregate bei Riementemperaturen von 80 bis 100°C elastischer als die anderen Arten von Harzen, wodurch ein gleichmäßigerer Übergang von einem Zustand des Greifens zu einem Zustand des Rutschens vorgesehen wird. Da weiterhin das Polyethylenharz eine hohe Affinität zu Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk hat, der einen Polyethylenbestandteil enthält, weist es in der Kautschukzusammensetzung einen guten dispergierten Zustand auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Keilrippenriemen ist das als thermoplastisches Harz dienende Polyethylenharz bevorzugter Polyethylenharz ultrahoher relativer Molekülmasse mit einer relativen Viskositätsmittel-Molekülmasse von 500.000 oder mehr.
Bei der obigen Auslegung hat Polyethylenharz ultrahoher relativer Molekülmasse mit einer relativen Viskositätsmittel-Molekülmasse von 500.000 oder mehr nicht nur einen niedrigen Reibungskoeffizienten, sondern auch eine sehr gute Abriebbeständigkeit. Wenn daher der Keilrippenriemen in einem Antriebsriemenantriebssystem eines Kraftfahrzeugnebenaggregats verwendet wird, kann auch nach langer Laufleistung des Fahrzeugs das Polyethylenharz ultrahoher relativer Molekülmasse an den Oberflächen der Keilrippen gehalten werden, die als Berührungsflächen mit der Riemenscheibe dienen. Die relative Viskositätsmittel-Molekülmasse wird durch das Viskositätsverfahren ermittelt.
Bei dem erfindungsgemäßen Keilrippenriemen kann das thermoplastische Harz in Pulver- oder Partikelform vorliegen.
Da bei der obigen Auslegung das thermoplastische Harz in Pulver- oder Partikelform vorliegt, verhindert dies die Ausbildung von ausgedehnter Verformung der die Keilrippen bildenden Kautschukzusammensetzung und verhindert dadurch eine nachteilige Wirkung der Biegelastwechselfestigkeit.
In diesem Fall hat das thermoplastische Harz in Pulver- oder Partikelform bei dem erfindungsgemäßen Keilrippenriemen bevorzugt einen Partikeldurchmesser von 25 bis 300 μm.
Wenn der Partikeldurchmesser des thermoplastischen Harzes kleiner als 20 μm ist, werden die Oberflächen der als Berührungsflächen mit der Riemenscheibe dienenden Keilrippen im Lauf der Zeit wahrscheinlicher mit Abriebpulver bedeckt, was die Wirkungen des thermoplastischen Harzes abschwächt. Wenn dagegen der Partikeldurchmesser des thermoplastischen Harzes größer als 300 μm ist, kann sich die die Keilrippen bildende Kautschukzusammensetzung nicht gleichmäßig verformen, und um das thermoplastische Harz konzentriert sich mechanische Spannung, was eine schlechte Biegelastwechselfestigkeit ergibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Keilrippenriemen können 3 bis 30 Masseteile Kurzfasern in die die mehreren Keilrippen bildende Kautschukzusammensetzung bezüglich 100 Masseteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk, der Rohkautschuk ist, gemischt werden, wobei die Kurzfasern in der Breitenrichtung des Riemens ausgerichtet werden.
Auch wenn die Wirkung des Verhinderns der Ruckgleitgeräuschbildung einfach durch Mischen von thermoplastischem Harz in die die Keilrippen bildende Kautschukzusammensetzung aufgewiesen werden kann, kann die Wirkung in größerem Maße in Kombination mit einer Mischung von Kurzfasern aufgewiesen werden. Das Eintreten und Austreten der Keilrippen in und aus den Riemenscheibenrillen ist eine Ursache für Ruckgleitgeräusch. Wenn im Einzelnen beim Einrücken der Keilrippen in die Riemenscheibenrillen die Keilrippen durch seitlichen Druck verformt werden, sich in die Riemenscheibenrillen einkeilen und dadurch eine hohe Keilwirkung aufweisen, dann erzeugen sie Ruckgleitgeräusch bei Ausrücken aus den Riemenscheibenrillen. Im Hinblick auf das Verhindern von Ruckgleitgeräuschbildung ist es daher bevorzugt, dass die Keilrippen so wenig wie möglich durch seitlichen Druck verformt werden. Um zu verhindern, dass die Keilrippen durch seitlichen Druck verformt werden, kann daher die Zugabe von Ruß oder eines harzhaltigen Verstärkungsmittels zur Kautschukzusammensetzung erwogen werden. Dies verhärtet aber die Keilrippen, so dass deren Biegelastwechselfestigkeit schlecht wird. Gemäß der obigen Auslegung des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens werden dagegen Kurzfasern in die Keilrippen gemischt, so dass sie in der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet sind. Während die Keilrippen eine hohe Steifigkeit gegenüber seitlichem Druck aufweisen, wird daher ihre Längsbiegsamkeit kaum beeinträchtigt, und daher weisen die Keilrippen keine übermäßige Keilwirkung an den Riemenscheibenrillen auf. Dadurch wird es weniger wahrscheinlich, dass der Keilrippenriemen Ruckgleitgeräusch erzeugt.
Wenn die Menge der eingemischten Kurzfasern kleiner als 3 Masseteile bezogen auf 100 Masseteile Rohkautschuk ist, kann die Steifigkeit der Keilrippen in der Riemenbreitenrichtung nicht ausreichend verbessert werden. Wenn dagegen die Menge der eingemischten Kurzfasern größer als 30 Masseteile ist, können die Kurzfasern nicht gleichmäßig in die Kautschukzusammensetzung dispergiert werden, was eine schlechte Biegelastwechselfestigkeit vorsieht.
Beispiele für Kurzfasern umfassen Nylonkurzfasern, meta-Aramid-Kurzfasern, para-Aramid-Kurzfasern und Baumwollkurzfasern.
In diesem Fall sind bei dem erfindungsgemäßen Keilrippenriemen die bevorzugtesten Kurzfasern Nylonkurzfasern.
Der Grund für das Vorstehende ist, dass Nylonkurzfasern nicht nur die Steifigkeit der Keilrippen in der Riemenbreitenrichtung verbessern, sondern auch aufgrund der eigenen niedrigen Reibungskoeffizienten an den Oberflächen der als Berührungsflächen mit der Riemenscheibe dienenden Keilrippen bleiben, selbst nach Abrieb, wodurch eine Wirkung der Reduzierung des Reibungskoeffizienten der Oberflächen der Keilrippen vorgesehen wird.
Der erfindungsgemäße Keilrippenriemen kann weiterhin einen aus Polyethylennaphthalatfasern bestehenden Kord umfassen, der eingebettet ist, um eine Spirale mit einer bestimmten Steigung in der Breitenrichtung des Riemens zu bilden.
Da bei der obigen Auslegung der Kord in Kombination mit den Keilrippen verwendet wird, die aus einer Kautschukzusammensetzung bestehen, in der thermoplastisches Harz mit Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk gemischt ist, ergibt dies eine äußerst große Wirkung der Verhinderung der Ruckgleitgeräuschbildung. Wenn im Einzelnen zum Beispiel der Keilrippenriemen an einem Antriebsriemenantriebssystem eines Kraftfahrzeugnebenaggregats mit großer Umdrehungsschwankung mit einer daran angelegten niedrigen Zugspannung angebracht wird, bietet es Kraftübertragung in einem Zustand nahe einem kritischen Punkt des Übergangs von einem elastischen Schlupfbereich zu einem gleitenden Schlupfbereich. Da in diesem Fall der aus Polyethylennaphthalatfasern bestehende Kord dem Keilrippenriemen ein höheres Elastizitätsmodul als ein aus Polyethylenterephthalat bestehender Kord gibt, wechselt der Keilrippenriemen selbst bei Änderung der Zugspannung nicht einfach von einem elastischen Schlupfbereich zu einem gleitenden Schlupfbereich. Dies führt zu einem Verhindern der Ruckgleitgeräuschbildung.
Ein erfindungsgemäßes Antriebsriemenantriebssystem für ein Kraftfahrzeugnebenaggregat umfasst: einen Keilrippenriemen, in dem mehrere Keilrippen, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie sich in einer Längsrichtung des Riemens erstrecken, nebeneinander in einer Breitenrichtung des Riemens an der Innenseite des Riemens angeordnet sind; und mehrere Riemenscheiben, um die der Keilrippenriemen mit festgelegter Zugspannung gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Keilrippen des Keilrippenriemens aus einer Kautschukzusammensetzung bestehen, in die 5 bis 50 Masseteile thermoplastischen Harzes mit einem Schmelzpunkt von 110°C oder höher mit 100 Masseteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk, der Rohkautschuk ist, gemischt sind; und dass die auf den Keilrippenriemen vor dem Laufen ausgeübte Zugspannung 50 bis 80 N pro Keilrippe beträgt.
Mit der obigen Auslegung wird das Antriebsriemenantriebssystem für ein Kraftfahrzeugnebenaggregat selbst nach einer langen Laufleistung des Fahrzeugs daran gehindert, Ruckgleitgeräusche zu erzeugen. Da weiterhin die an dem Keilrippenriemen angelegte Zugspannung niedrig ist, ist die an jeder Riemenscheibe angelegte axiale Last niedrig, was zu einem geringen Kraftstoffverbrauch des Motors führt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Keilrippenriemens nach einer erfindungsgemäßen Ausführung.
2 ist ein Diagramm, das die Riemenscheibenanordnung eines Antriebsriemenantriebssystems für ein Nebenaggregat zeigt.
3 ist ein Diagramm, das die Riemenscheibenanordnung eines die Verschlechterung beschleunigenden Riemenlauftestgeräts zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Riemenscheibenanordnung eines Riemenlauftestgeräts für einen mehrachsigen Biegetest zeigt.
5 ist ein Balkendiagramm, das Geräuscheigenschaften von Keilrippenriemen der Beispiele 1 bis 8 zeigt.
6 ist ein Balkendiagramm, das Bieglastwechsellebensdauer von Keilrippenriemen der Beispiele 1 bis 8 zeigt.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
Nachstehend folgt eine eingehende Beschreibung einer erfindungsgemäßen Ausführung unter Bezug auf die Zeichnungen.
1 zeigt einen Keilrippenriemen B nach einer erfindungsgemäßen Ausführung.
Der Keilrippenriemen B umfasst einen Keilrippenriemenaufbau 10, einen in dem Keilrippenriemenaufbau 10 so eingebetteten Kord 16, dass er in der Riemenbreitenrichtung eine Spirale mit einer bestimmten Steigung bildet, und ein die Rückfläche verstärkendes Gewebe 17, das zur Bedeckung der Rückfläche des Keilrippenriemenaufbaus 10 vorgesehen wird.
Der Keilrippenriemenaufbau 10 besteht aus einer Kautschukzusammensetzung, welche durch Verwenden von Ethylen-α-Olefin-Elastomer als Rohkautschuk, Mischen von Kautschukmischchemikalien einschließlich Füllstoff wie Ruß und eines Plastifizierungsmittels in den Kautschuk und Ausüben von Wärme und Druck auf das Kautschukgemisch, um den Rohkautschukbestandteil des Kautschukgemisches mit einem organischen Peroxid oder Schwefel zu vernetzen, erhalten wird. Beispiele für den obigen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk umfassen Ethylenpropylencopolymerkautschuk (EPM), Ethylenpropylendienmonomerterpolymerkautschuk (EPDM) und deren Mischungen. Der Keilrippenriemenaufbau 10 ist so aufgebaut, dass eine Adhäsionskautschukschicht 11 mit dem darin eingebetteten Kord 16 und eine unter der Adhäsionskautschukschicht 11 liegende Kautschukriemenunterbauschicht 12 zu einem Stück geschichtet sind.
Die Adhäsionskautschukschicht 11 ist ein Teil, der den darin eingebetteten Kord zum Widerstehen einer Zugspannung umfasst, und ist in der Form eines Streifens ausgebildet.
Die Kautschukriemenunterbauschicht 12 ist ein Teil, der in Berührung mit einer Riemenscheibe, die innerhalb des Riemens angeordnet ist, gebracht wird, um direkt Kraft auf die Riemenscheibe zu übertragen, und bei dem sich in Riemenlängsrichtung erstreckende Keilrippen 13 nebeneinander in der Riemenbreitenrichtung ausgebildet sind, um eine große Kontaktfläche zur Riemenscheibe vorzusehen.
Die als Rohkautschuk Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk enthaltende Kautschukzusammensetzung, die die Kautschukriemenunterbauschicht 12 bildet, enthält zusätzlich zu Kautschukmischchemikalien wie Ruß ein thermoplastisches Harz 15 mit einem Schmelzpunkt von 110°C oder weniger und einer thermischen Verformungstemperatur von 80°C oder weniger (unter einer in ASTM D-648 festgelegten Last von 18,6 kg/cm²), das darin dispergiert eingemischt ist. Das thermoplastische Harz 15 ist bei 5 bis 50 Masseteilen mit 100 Masseteilen Rohkautschuk gemischt. Das thermoplastische Harz 15 ist ein Polyethylenharz ultrahoher relativer Molekülmasse mit einer relativen Viskositätsmittel-Molekülmasse von 500.000 oder mehr. Ferner liegt das thermoplastische Harz 15 in Pulver- oder Partikelform mit einem Partikeldurchmesser von 25 bis 300 μm vor.
Die die Kautschukriemenunterbauschicht 12 bildende Kautschukzusammensetzung enthält ferner Kurzfasern 14, die darin dispergiert eingemischt sind, so dass sie in der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet sind. Die Kurzfasern 14 sind bei 3 bis 30 Masseteilen mit 100 Masseteilen Rohkautschuk gemischt. Die Kurzfasern 14 sind Nylonkurzfasern. Die an den Oberflächen der Keilrippen 13 freiliegenden Kurzfasern 14 stehen von den Oberflächen der Keilrippen 13 ab. Weiterhin haben die Kurzfasern 14 eine Faserlänge von 0,2 bis 3,0 mm.
Der Kord 16 besteht aus verdrillten Strängen aus Polyethylennaphthalatfasern (nachstehend als „PEN" bezeichnet). Um dem Kord 16 ein Anhaftvermögen an dem Keilrippenriemenaufbau 10 zu verleihen, wird der Kord 16 vor dem Formen einer Streckthermofixationsbehandlung Eintauchen in eine wässrige Lösung aus Resorcinolformaldehyd-Latex (nachstehend als eine wässrige RFL-Lösung bezeichnet) und dann Strecken bei Ausüben von Wärme an ihm und einer Behandlung des Eintauchens des Kords 16 in Kautschukzement und dann dessen Trocknen unterzogen. Die verdrillten PEN-Faserstränge, die den Kord 16 bilden, haben einen Monofilgarndurchmesser von 10 bis 40 μm und ein Gesamtdenier von 4.000 bis 8.000 dtex und haben zum Beispiel einen Ply-Twist von 1.100 dtex/2 × 3 bei einem Twistmultiplikator von 700 (wobei der Twistmultiplikator ein Ergebnis der Quadratwurzel des Denierwerts und der Twistzahl in Drehungen/10 cm ist). Die verdrillten PEN-Faserstränge haben weiterhin eine Heißluft-Schrumpfspannung von 0,2 bis 0,5 cN/dtex vor der Streckthermofixationsbehandlung und der Kautschukzementtauchbehandlung und eine Heißluftschrumpfspannung von 0,3 bis 0,7 cN/dtex nach der Streckthermofixationsbehandlung und der Kautschukzementtauchbehandlung, wobei beide Schrumpfspannungsmessungen gemäß „Testing Method for Chemical Fiber Tire Cords" von JIS L1017 vorgenommen wurden.
Das die Rückfläche verstärkende Gewebe 17 besteht aus einem Gewebe aus Kamm- und Schussgarnen, wie bei Leinenbindung. Um dem die Rückfläche verstärkenden Gewebe 17 ein Anhaftvermögen an dem Keilrippenriemenaufbau 10 zu verleihen, wird das die Rückfläche verstärkende Gewebe 17 vor dem Formen einer Eintauchbehandlung in eine wässrige RFL-Lösung und dann Erwärmen sowie einer Kautschukzementbeschichtungsbehandlung seiner Oberfläche, die dem Keilrippenriemenaufbau 10 zugewandt ist, und dann Trocknen unterzogen.
Da bei dem Keilrippenriemen B mit dem obigen Aufbau die Keilrippen 13 aus einer Kautschukzusammensetzung bestehen, die Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk als Rohkautschuk enthält, haben sie eine hohe Wärmebeständigkeit. Daher wird verhindert, dass die Oberflächen der Keilrippen 13 durch reibinduzierte Wärmeerzeugung gehärtet und zu Spiegelflächen verschlechtert werden. Dies erschwert die Ruckgleitgeräuschbildung.
Bei dem Keilrippenriemen B wird das thermoplastische Harz 15 in die die Keilrippen 13 bildende Kautschukzusammensetzung gemischt. Selbst wenn die Keilrippen 13 verschleißen, hält daher das thermoplastische Harz 15, das an den Oberflächen der Keilrippen 13 freiliegt, die Berührungsflächen der Riemenscheibe sind, ihren Reibungskoeffizienten niedrig. Bei Wechseln des Keilrippenriemens B von einem Zustand des Greifens der Riemenscheibe zu einem Zustand des Rutschens an der Riemenscheibe bei einem kritischen Punkt des Übergangs von einem elastischen Schlupfbereich zu einem gleitenden Schlupfbereich verformt sich ferner das thermoplastische Harz 15 in geeigneter Weise elastisch, um einen gleichmäßigen Zustandswechsel vorzusehen. Dadurch kann Ruckgleitgeräuschbildung verhindert werden. Da ferner das thermoplastische Harz 15 Polyethylenharz mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und einer thermischen Verformungstemperatur von 32 bis 52°C ist, verformt es sich wahrscheinlicher elastisch bei Riementemperaturen von 80 bis 100°C als andere Arten von Harzen bei Verwendung in einem Antriebsriemenantriebssystem für Kraftfahrzeugnebenaggregate, wodurch ein gleichmäßigerer Übergang von einem Zustand des Greifens zu einem Zustand des Rutschens vorgesehen wird. Da weiterhin das thermoplastische Harz 15 ein Polyethylenharz relativer ultrahoher Molekülmasse mit einer relativen Viskositätsmittel-Molekülmasse von 500.000 oder mehr ist, hat es nicht nur einen niedrigen Reibungskoeffizienten, sondern auch eine sehr gute Verschleißbeständigkeit. Wenn daher der das thermoplastische Harz 15 verwendende Keilrippenriemen B in einem Antriebsriemenantriebssystem für Kraftfahrzeugnebenaggregate verwendet wird, wird selbst nach einer langen Laufleistung des Fahrzeugs das Polyethylenharz relativer ultrahoher Molekülmasse an der Oberfläche der Keilrippen 13 gehalten, die als Berührungsflächen mit der Riemenscheibe dient. Ferner liegt das Polyethylenharz relativer ultrahoher Molekülmasse, das das thermoplastische Harz 15 bildet, in Pulver- oder Partikelform vor, was das Auftreten von ausgedehnter Verformung der die Keilrippen 13 bildenden Kautschukzusammensetzung verhindert und dadurch eine nachteilige Wirkung auf die Biegelastwechselfestigkeit verhindert. Da weiterhin das Polyethylenharz eine hohe Affinität zu Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk hat, der einen Polyethylenbestandteil enthält, weist es einen guten dispergierten Zustand in der Kautschukzusammensetzung auf.
Bei dem Keilrippenriemen B weist das thermoplastische Harz 15 einen Schmelzpunkt von 110°C oder höher auf. Selbst wenn die Riementemperatur 80 bis 100°C erreicht, wenn der Keilrippenriemen B in einem Antriebsriemenantriebssystem eines Kraftfahrzeugnebenaggregats verwendet wird, schmilzt daher das thermoplastische Harz 15 nie weg und die obigen Wirkungen können lange Zeit gehalten werden.
Bei dem Keilrippenriemen B werden Kurzfasern 14 in die Kautschukriemenunterbauschicht 12 gemischt, so dass sie in der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet sind. Während daher die Keilrippen 13 eine hohe Steifigkeit gegen seitlichen Druck aufweisen, ist ihre Biegsamkeit in Längsrichtung kaum beeinträchtigt, und daher weisen die Keilrippen 13 keine übermäßige Keilwirkung auf die Riemenscheibenrillen auf. Dies erschwert die Ruckgleitgeräuschbildung. Da ferner die Kurzfasern 14 Nylonkurzfasern sind, verbessert dies nicht nur die Steifigkeit der Keilrippen 13 in der Riemenbreitenrichtung, diese bleiben auch aufgrund des eigenen niedrigen Reibungskoeffizienten an den Oberflächen der Keilrippen 13, die als Berührungsflächen mit der Riemenscheibe dienen, selbst nach Verschleiß, wodurch eine Wirkung der Verringerung des Reibungskoeffizienten der Oberflächen der Keilrippen 13 vorgesehen wird.
Bei dem Keilrippenriemen B wird die Verwendung eines Kords 16 aus PEN mit der Kautschukriemenunterbauschicht 12 kombiniert, die aus einer Kautschukzusammensetzung besteht, in der thermoplastisches Harz 15 mit Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk gemischt ist. Dies ergibt eine äußerst große Wirkung bei Verhindern der Ruckgleitgeräuschbildung. Wenn im Einzelnen der Keilrippenriemen B an einem Antriebsriemenantriebssystem eines Kraftfahrzeugnebenaggregats mit kleiner Umdrehungsschwankung mit daran ausgeübter geringer Zugspannung angebracht wird, sieht es Kraftübertragung in einem Zustand nahe einem kritischen Punkt des Wechsels von einem elastischen Schlupfbereich zu einem gleitenden Schlupfbereich vor. Da in diesem Fall der aus PEN bestehende Kord 16 dem Keilrippenriemen B einen höheren Elastizitätsmodul als dem aus Polyethylenterephthalat (PET) hergestellten verleiht, wechselt der Keilrippenriemen B bei Zugspannungsänderung nicht einfach von einem elastischen Schlupfbereich zu einem gleitenden Schlupfbereich. Dies bewirkt ein Verhindern der Ruckgleitgeräuschbildung.
Auch wenn die obige Auslegung Polyethylenharz als thermoplastisches Harz 15 verwendet, ist das thermoplastische Harz 15 nicht darauf beschränkt, sondern kann ein Nylonharz mit ausgezeichneter Abriebbeständigkeit, Polyesterharz, Polypropylenharz, Acrylnitrilbutadienstyrenharz (ABS-Harz) oder andere thermoplastische Harze sein. Auch wenn bei der obigen Auslegung Nylonkurzfasern als Kurzfasern 14 verwendet werden, sind die Kurzfasern 14 ferner nicht auf Nylonkurzfasern beschränkt, sondern können para-Aramidkurzfasern hoher Festigkeit, meta-Aramidkurzfasern mit ausgezeichneter Abriebbeständigkeit, Bauwollkurzfasern oder andere Arten von Kurzfasern sein.
Als Nächstes folgt eine kurze Beschreibung eines Verfahrens für die Fertigung eines Keilrippenriemens B mit der obigen Auslegung.
Bei der Fertigung eines Keilrippenriemens B werden eine Innenform mit einer Formfläche zum Ausbilden der Riemenrückfläche zu einer vorbestimmten Form und mit einer Kautschukmanschette mit einer Formfläche zum Ausbilden der Riemeninnenfläche zu einer vorbestimmten Form jeweils als Außen- und Innenumfang des Keilrippenriemens B verwendet.
Zuerst wird der Außenumfang der Innenform mit einem die Rückfläche verstärkenden Gewebe 17 bedeckt, das aus einem Gewebe besteht, das einer Behandlung zum Aufbringen eines Klebstoffs darauf unterzogen wurde, und ein unvernetztes Kautschukfell für das Ausbilden eines Rückflächenseitenteils der Adhäsionskautschukschicht 11 wird dann um das die Rückfläche verstärkende Gewebe 17 gewickelt.
Anschließend wird ein Kord 16, der aus verdrillten Strängen aus PEN gebildet ist und einer Behandlung zum Aufbringen eines Klebstoffs darauf unterzogen wurde, spiralförmig um das Kautschukfell gewickelt, dann wird ein anderes unvernetztes Kautschukfell für das Ausbilden eines Innenflächenseitenteils der Adhäsionskautschukschicht 11 um das kordumwickelte unvernetzte Kautschukfell gewickelt und ein noch weiteres unvernetztes Kautschukfell für das Ausbilden einer Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 wird dann um das zweite unvernetzte Kautschukfell gewickelt. In diesem Fall ist ein für das unvernetzte Kautschukfell für das Ausbilden der Kautschukriemenunterbauschicht 12 verwendete Material eine Kautschukzusammensetzung, bei der Kautschukmischchemikalien einschließlich Füllstoff wie Ruß und ein Plastifizierungsmittel, ein thermoplastisches Harz 15 und Kurzfasern 14, die in Wickelrichtung ausgerichtet sind, mit Ethylen-α-Olefin-Elastomer, das Rohkautschuk ist, gemischt werden. Beim Wickeln jedes der unvernetzten Kautschukfelle überlappen deren Enden in Wickelrichtung nicht, sondern liegen aneinander an.
Danach wird die Kautschukmanschette auf das geformte Stück an der Innenform gegeben und sie werden in einen Formofen gegeben. Dann wird die Innenform durch Dampf hoher Temperatur erhitzt und es wird hoher Druck auf die Kautschukmanschette ausgeübt, um sie radial nach innen zu pressen. Dabei wird der Kautschukbestandteil fluidisiert, eine Vernetzungsreaktion läuft ab und es laufen auch Adhäsionsreaktionen des Kords 16 und des die Rückfläche verstärkenden Gewebes 17 an dem Kautschuk ab. Dadurch wird ein zylindrischer Riemenwickel gebildet.
Dann wird der Riemenwickel von der Innenform genommen und an verschiedenen Stellen seiner Länge in mehrere Teile unterteilt, und der Außenumfang jedes abgetrennten Teils wird zur Bildung von Keilrippen 13 geschliffen.
Schließlich wird der in mehrere Teile unterteilte Riemenwickel, der am Außenumfang ausgebildete Keilrippen 13 aufweist, zu runden Stücken vorbestimmter Breite zerschnitten, und jedes runde Stück wird umgedreht, wodurch ein Keilrippenriemen B erhalten wird.
2 zeigt die Anordnung eine Antriebsriemenantriebssystems 20 für ein Nebenaggregat mit fester Anordnung unter Verwendung eines Keilrippenriemens B in einem Kraftfahrzeugmotor.
Die Anordnung des Nebenaggregat-Antriebsriemenantriebssystems 20 umfasst eine oberste Lichtmaschinen-Riemenscheibe 21, eine Kurbelwellenriemenscheibe 22, die links unterhalb der Lichtmaschinenriemenscheibe 21 angeordnet ist, eine Klimaanlagenriemenscheibe 213, die rechts der Kurbelwellenriemenscheibe 22 angeordnet ist, und eine Kühlmittelpumpenriemenscheibe 24, die links oberhalb der Klimaanlagenriemenscheibe 23 und links unterhalb der Lichtmaschinenriemenscheibe 21 angeordnet ist. Von diesen Riemenscheiben sind alle Riemenscheiben mit Ausnahme der Kühlmittelpumpenriemenscheibe 23, die eine flache Riemenscheibe ist, Keilrippenriemenschieben. Der Keilrippenriemen B ist so angeordnet, dass er um die Lichtmaschinenriemenscheibe 21 gewickelt ist, damit seine Keilrippen 13 in Berührung mit der Lichtmaschinenriemenscheibe 21 kommen, ist dann anschließend um die Kurbelwellenriemenscheibe 22 und die Klimaanlagenriemenscheibe 23 gewickelt, damit seine Keilrippen 13 in Berührung mit diesen Riemenscheiben kommen können, ist dann um die Kühlmittelpumpenriemenscheibe 24 gewickelt, damit seine Rückfläche mit der Kühlmittelpumpenriemenscheibe 24 in Berührung kommen kann, und wird dann zur Lichtmaschinenriemenscheibe 21 zurückgeführt. Die an dem Keilrippenriemen B vor dem Laufen ausgeübte Zugspannung nimmt im zeitlichen Verlauf nach Montage allmählich ab (zum Beispiel bis zu einer Laufleistung eines Kraftfahrzeugs von 20.000 bis 40.000 km) und hält dann einen konstanten Wert. Unter der Annahme, dass der konstante Wert eine stabile Zugspannung ist, beträgt die stabile Zugspannung für das Antriebsriemenantriebssystem des Nebenaggregats 50 bis 80 N pro Keilrippe.
Das obige Antriebsriemenantriebssystem für ein Nebenaggregat erzeugt kein Ruckgleitgeräusch, selbst nach einer langen Laufleistung des Fahrzeugs. Da weiterhin die an dem Keilrippenriemen angelegte Zugspannung niedrig ist, ist die an jeder Riemenscheibe angelegte axiale Last niedrig, was zu niedrigem Kraftstoffverbrauch des Motors führt.
Beispiele
Es folgt eine Beschreibung der Testbewertungen, die an Keilrippenriemen vorgenommen wurden.
(Riemen für Testbewertung)
Es wurden die folgenden Keilrippenriemen der Beispiele 1 bis 8 hergestellt.
<Beispiel 1>
Als Beispiel 1 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in der obigen Ausführung hat und bei dem EPDM als Kautschukbestandteil vorsehender Rohkautschuk verwendet wurde und die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wurde, die durch Mischen von 50 Masseteilen Ruß, 14 Masseteilen Paraffinöl als Erweichungsmittel, 5 Masseteilen Zinkoxid, 1 Masseteil Stearinsäure, 3 Masseteilen Antioxidans, 1,5 Massenteilen Schwefel als Vulkanisiermittel, 4 Masseteilen Vulkanisationsbeschleuniger und 20 Masseteilen Nylonkurzfasern mit 100 Masseteilen EPDM erhalten wurde.
<Beispiel 2>
Als Beispiel 2 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 1 hatte, wobei lediglich die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wurde, bei der 2 Masseteile Polyethylenharzpulver mit 100 Masseteilen EPDM gemischt sind.
<Beispiel 3>
Als Beispiel 3 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie Beispiel 1 hat, wobei aber die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wurde, in der 5 Masseteile Polyethylenharzpulver mit 100 Masseteile EPDM gemischt sind.
<Beispiel 4>
Als Beispiel 4 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie Beispiel 1 hat, wobei aber die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wurde, in der 10 Masseteile Polyethylenharzpulver mit 100 Masseteile EPDM gemischt sind.
<Beispiel 5>
Als Beispiel 5 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie Beispiel 1 hat, wobei aber die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wurde, in der 20 Masseteile Polyethylenharzpulver mit 100 Masseteile EPDM gemischt sind.
<Beispiel 6>
Als Beispiel 6 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie Beispiel 1 hat, wobei aber die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wurde, in der 40 Masseteile Polyethylenharzpulver mit 100 Masseteile EPDM gemischt sind.
<Beispiel 7>
Als Beispiel 7 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie Beispiel 1 hat, wobei aber die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wurde, in der 60 Masseteile Polyethylenharzpulver mit 100 Masseteile EPDM gemischt sind.
<Beispiel 8>
Als Beispiel 8 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie Beispiel 1 hat, wobei aber Chloroprenkautschuk als Rohkautschuk verwendet wurde, der einen Kautschukbestandteil vorsieht, und die Kautschukriemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wurde, die durch Mischen von 50 Masseteilen Ruß, 5 Masseteilen Plastifizierungsmittel, 5 Masseteilen Zinkoxid, 1 Masseteil Stearinsäure, 3 Masseteile Antioxidans, 4 Masseteilen Magnesiumoxid und 20 Masseteilen Nylonkurzfasern mit 100 Masseteilen Chloroprenkautschuk erhalten wurde.
Die Formeln der Kautschukzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 8 werden ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
(Testauswertungsverfahren)
<Echter Test mit Maschine>
3 zeigt die Riemenscheibenanordnung einer die Verschlechterung beschleunigenden Riemenlauftestvorrichtung 30, die zum Beschleunigen der Verschlechterung jedes Keilrippenriemens verwendet wird.
Die die Verschlechterung beschleunigende Riemenlauftestvorrichtung 30 besteht aus Keilrippenriemenscheiben 31 großen Durchmessers, die an oberen und unteren Positionen angeordnet sind und einen Durchmesser von 120 mm haben (die obere ist eine Abtriebsriemenscheibe und die untere ist eine Antriebsriemenscheibe), einer Spannrolle 32, die vertikal in der Mitte zwischen den Keilrippenriemenscheiben 31 großen Durchmessers angeordnet ist und einen Durchmesser von 70 mm aufweist, und einer Keilrippenriemenscheibe 31 kleinen Durchmessers, die rechts der Spannrolle 32 angeordnet ist und einen Durchmesser von 45 mm aufweist. Die Spannrolle 32 und die Keilrippenriemenscheibe 31 kleinen Durchmessers werden so platziert, dass sie insgesamt einen Berührungsbogen von 90° mit dem Riemen haben.
Zunächst wurde jeder Keilrippenriemen B der Beispiele 1 bis 8 (mit sechs Keilrippen und einer Umfangslänge von 1210 mm, d.h. 6PK1210) um die drei Keilrippenriemenscheiben 31 gewickelt, um seine Keilrippen in Kontakt mit den Riemenscheiben 31 zu bringen, und wurde um die Spannscheibe 32 gewickelt, um seine Rückfläche in Kontakt mit der Riemenscheibe 32 zu bringen. Ferner wurde die Keilrippenriemenscheibe 31 kleinen Durchmessers mit einem festgelegten Gewicht von 1117 N nach rechts gezogen und es wurde eine Last von 8,826 kW an den Riemenscheiben 31 großen Durchmessers ausgeübt. In diesem Zustand wurde die als Antriebsriemenscheibe dienende untere Keilrippenriemenscheibe 31 bei 4.900 U/min. bei einer Umgebungstemperatur von 85±5°C gedreht, um den Keilrippenriemen B 100 Stunden lang zu bewegen.
Als Nächstes wurde jeder Keilrippenriemen B nach dem Lauf an einem Nebenaggregrat-Antriebsriemenantriebssystem in einem Dreizylinder-Reihenmotor mit der gleichen Anordnung wie in 2 gezeigt angebracht, um daran eine festgelegte Zugspannung anzulegen, an der Lichtmaschinenriemenscheibe 21 wurde eine Last angelegt, um einen Strom von 60A zu erzeugen, und ein Verdichter mit einer Leistung von 1,47 MPa bei 2.000 U/min. wurde mit der Klimaanlagenriemenscheibe 23 verbunden. In diesem Zustand wurde der Motor bei weit offener Drossel (WOT) (bei einer Kurbelwellengeschwindigkeit von 800 U/min) betrieben und die Geräuscheigenschaften wurden während des Betriebs in sechs Stufen subjektiv beurteilt: keines (0), schwach (1), gering (2), mittel (3), stark (4) und übermäßig (5). Die Beurteilung wurde in dem Fall, da die an dem Keilrippenriemen B angelegte Zugspannung 60 N pro Keilrippe betrug, in dem Fall, da die Zugspannung 45 N pro Keilrippe betrug, und in dem Fall, da die Zugspannung 30 N pro Keilrippe betrug, durchgeführt.
<Prüfstandtest>
4 zeigt die Riemenscheibenanordnung einer mehrachsigen biegenden Riemenlauftestvorrichtung 40, die zum Beurteilen der Biegelastwechselfestigkeit jedes Keilrippenriemens verwendet wurde.
Die mehrachsige biegende Riemenlauftestvorrichtung 40 besteht aus Keilrippenriemenscheiben 41, die an oberen und unteren Positionen angeordnet sind und einen Durchmesser von 45 mm haben (die obere ist eine Abtriebsriemenscheibe und die untere ist eine Antriebsriemenscheibe), Spannrollen 42, die übereinander rechts eines vertikalen Mittelpunkts zwischen den Keilrippenriemenscheiben 41 angeordnet sind und einen Durchmesser von 50 mm aufweisen, und einer Keilrippenriemenscheibe 41, die rechts des vertikalen Mittelpunkts angeordnet ist und einen Durchmesser von 45 mm aufweist.
Jeder Keilrippenriemen B der Beispiele 1 bis 8 (mit drei Keilrippen und einer Umfangslänge von 1210 mm, d.h. 3PK1210) wurde um die drei Keilrippenriemenscheiben 41 gewickelt, um seine Keilrippen in Kontakt mit den Riemenscheiben 41 zu bringen, und wurde um die zwei Spannscheiben 42 gewickelt, um seine Rückfläche in Kontakt mit den Riemenscheiben 42 zu bringen. Ferner wurde die oberste Keilrippenriemenscheibe 41 mit einem Eigengewicht von 588,4 N nach oben gezogen. In diesem Zustand wurde die als Antriebsriemenscheibe dienende unterste Keilrippenriemenscheibe 41 bei 5.100 U/min. gedreht, um den Keilrippenriemen B zu bewegen, bis in einer Keilrippe ein Riss erzeugt wurde, und es wurde die Laufzeit des Riemens bis zum Erzeugen eines Risses gemessen.
(Testauswertungsergebnisse)
Die Testergebnisse werden in Tabelle 1 und in den 5 und 6 gezeigt.
[Tabelle 1

Geräuschbeurteilung 0: keines, 1: schwach, 2: gering, 3: mittel, 4: stark, 5: übermäßig

Bezüglich Tabelle 1 und 5 ist ersichtlich, dass in allen Fällen, da die an dem Keilrippenriemen B angelegte Zugspannung 60 N pro Keilrippe betrug, da die Zugspannung 45 N pro Keilrippe betrug und da die Zugspannung 30 N pro Keilrippe betrug, die Beispiele 2 bis 7, bei denen Polyethylenharzpulver in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht gemischt ist, eine höhere Wirkung der Geräuschbildungsverhinderung als Beispiel 1 haben, bei dem kein Polyethylenharzpulver in die Kautschukriemenunterbauchschicht gemischt ist, und als Beispiel 8, das CR an Stelle von EPDM verwendet.
Ein Vergleich der Beispiele 2 bis 7 zeigt, dass die Beispiele 3 bis 7, bei denen die eingemischte Menge an Polyethylenharz 5 bis 60 Masseteile bezüglich 100 Masseteile EPDM beträgt, eine erheblich höhere Wirkung der Geräuschbildungsverhinderung haben als Beispiel 2, bei dem die eingemischte Menge an Polyethylenharzpulver 2 Masseteile bezüglich des gleichen Bezugswerts beträgt.
Bezüglich Tabelle 1 und 6 ist ersichtlich, dass die Beispiele 2 bis 7, bei denen Polyethylenharzpulver in die Kautschukriemenunterbauschicht gemischt ist, in ihrer Biegelastwechselfestigkeit schlechter werden, wenn die eingemischte Menge an Polyethylenharzpulver zunimmt. Beispiel 2, bei dem die eingemischte Polyethylenharzpulvermenge 2 Masseteile bezüglich 100 Masseteile EPDM beträgt, hat eine gleichwertige Biegelastwechselfestigkeit wie Beispiel 1, bei dem kein Polyethylenharzpulver eingemischt ist. Beispiel 6, bei dem die eingemischte Polyethylenharzpulvermenge 40 Masseteile bezüglich 100 Masseteile EPDM beträgt, hat eine gleichwertige Biegelastwechselfestigkeit zu Beispiel 6, das CR an Stelle von EPDM verwendet. Beispiel 7, bei dem die eingemischte Polyethylenharzpulvermenge 60 Masseteile bezüglich 100 Masseteile EPDM beträgt, hat eine signifikant niedrigere Biegelastwechselfestigkeit als die anderen Beispiele.
Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, ist unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen der Wirkung der Geräuschbildungsverhinderung und der Biegelastwechselfestigkeit die in die Kautschukriemenunterbauschicht gemischte Polyethylenharzpulvermenge bevorzugt größer als 2 Masseteile und kleiner als 60 Masseteile bezüglich 100 Masseteile EPDM.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie soweit beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung für einen Keilrippenriemen brauchbar, bei dem mehrere Keilrippen, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie sich in der Riemenlängsrichtung erstrecken, nebeneinander in der Riemenbreitenrichtung an der Innenfläche des Riemens angeordnet sind, und der um eine Riemenscheibe gewickelt ist, um die mehreren Keilrippen zur Kraftübertragung in Berührung mit der Riemenscheibe zu bringen, sowie für ein Nebenaggregat-Antriebsriemenantriebssystem unter Verwendung desselben.
Zusammenfassung
Ein Keilrippenriemen B umfasst mehrere Keilrippen 13, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie sich in einer Längsrichtung des Riemens erstrecken, die mehreren Keilrippen 13 sind nebeneinander in einer Breitenrichtung des Riemens an der Riemeninnenfläche angeordnet und der Keilrippenriemen B ist um eine Riemenscheibe gewickelt, um die mehreren Keilrippen 13 zur Kraftübertragung in Berührung mit der Riemenscheibe zu bringen. Die mehreren Keilrippen 13 bestehen aus einer Kautschukzusammensetzung, bei der 5 bis 50 Masseteile thermoplastischen Harzes mit einem Schmelzpunkt von 110°C oder höher mit 100 Masseteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk, das Rohkautschuk ist, gemischt sind.

Claims

Keilrippenriemen mit mehreren jeweils so ausgebildeten Keilrippen, dass sie sich in einer Längsrichtung des Riemens erstrecken, wobei die mehreren Keilrippen nebeneinander in einer Breitenrichtung des Riemens an der Innenfläche des Riemens angeordnet sind, der Keilrippenriemen um eine Riemenscheibe gewickelt ist, um die mehreren Keilrippen zur Kraftübertragung in Berührung mit der Riemenscheibe zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Keilrippen aus einer Kautschukzusammensetzung bestehen, in der 5 bis 50 Masseteile thermoplastischen Harzes mit einem Schmelzpunkt von 110°C oder höher mit 100 Masseteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk, der Rohkautschuk ist, gemischt sind.
Keilrippenriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Harz eine thermische Verformungstemperatur von 80°C oder niedriger hat.
Keilrippenriemen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Harz Polyethylenharz ist.
Keilrippenriemen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das als thermoplastisches Harz dienende Polyethylenharz Polyethylenharz ultrahoher relativer Molekülmasse mit einer relativen Viskositätsmittel-Molekülmasse von 500.000 oder mehr ist.
Keilrippenriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Harz in Pulver- oder Partikelform vorliegt.
Keilrippenriemen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Harz in Pulver- oder Partikelform einen Partikeldurchmesser von 25 bis 300 μm hat.
Keilrippenriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 3 bis 30 Masseteile Kurzfasern in die die mehreren Keilrippen bildende Kautschukzusammensetzung bezüglich 100 Masseteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk, der Rohkautschuk ist, gemischt sind, wobei die Kurzfasern in der Breitenrichtung des Riemens ausgerichtet sind.
Keilrippenriemen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfasern Nylonkurzfasern sind.
Keilrippenriemen nach Anspruch 1, welcher weiterhin einen aus Polyethylennaphthalatfasern bestehenden Kord, der zum Bilden einer Spirale mit einer bestimmten Steigung in Breitenrichtung des Riemens eingebettet ist, umfasst.
Antriebsriemenantriebssystem für ein Nebenaggregat mit: einem Keilrippenriemen, in dem mehrere jeweils so ausgebildete Keilrippen, dass sie sich in einer Längsrichtung des Riemens erstrecken, nebeneinander in einer Breitenrichtung des Riemens an der Innenfläche des Riemens angeordnet sind; und mehreren Riemenscheiben, um die der Keilrippenriemen mit festgelegter Zugspannung gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Keilrippen des Keilrippenriemens aus einer Kautschukzusammensetzung bestehen, in der 5 bis 50 Masseteile thermoplastischen Harzes mit einem Schmelzpunkt von 110°C oder höher mit 100 Masseteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Kautschuk, der Rohkautschuk ist, gemischt sind, und die an dem Keilrippenriemen vor dem Lauf angelegte Zugspannung 50 bis 80 N pro Keilrippe beträgt.